Question

【题目】能源是人类共同关注的重要问题。页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的天然气资源，页岩气的主要成分是甲烷，是公认的洁净能源。

（1）页岩气不仅能用作燃料，还可用于生产合成气(CO和H2)。CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H1

已知：①CH4、H2、CO的燃烧热（△H）分别为-a kJmol-1、-b kJmol-1、-c kJmol-1；

②H2O(l)=H2O(g)；△H=+d kJmol-1

则△H1=____（用含字母a、b、c、d的代数式表示）kJmol-1。

（2）用合成气生成甲醇的反应为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2，在10L恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示，200℃时n(H2)随时间的变化如表所示：

t/min	0	1	3	5
n(H2)/mol	8.0	5.4	4.0	4.0

①△H2____(填“>”“<”或“ = ”)0。

②下列说法正确的是____(填标号）。

a.温度越高，该反应的平衡常数越大

b.达平衡后再充入稀有气体，CO的转化率提高

c.容器内气体压强不再变化时，反应达到最大限度

d.图中压强p1<p2

③03min内用CH3OH表示的反应速率v(CH3OH)=____mol L-1·min-1。

④200℃时，该反应的平衡常数K=__。向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2mol CO、2mol H2、2mol CH3OH，保持温度不变，则化学平衡___(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。

Answer 1

【答案】-a+3b+c–d < cd （或0.067） 6.25 正向

【解析】

（1）根据盖斯定律作答。

（2）①温度对平衡的影响因素为温度升高，化学平衡向吸热方向移动，如果正向移动，反应物的转化率会升高；
②a．平衡常数表示反应进行的程度，当平衡正向移动时平衡常数增大；
b．达平衡后再充入稀有气体，压强增大，但不影响反应物和生成物的浓度，平衡不移动；
c．反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在进行的过程中，达到平衡前气体总物质的量在不断变化；
d．在恒温恒容的条件下，增大压强，平衡向气体总物质的量减小的方向移动；
③先根据图表计算在03min内CH3OH的变化浓度，再利用公式v=计算03min内v(CH3OH)；
④结合平衡状态和平衡常数的公式计算，向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2mol CO、2mol H2、2mol CH3OH，保持温度不变，根据此时浓度计算浓度商Qc，再比较Qc与K的关系判断平衡移动方向。

(1)已知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H= a kJmol1，

②H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H= b kJmol1，

③CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H= c kJmol1，

④H2O(l)=H2O(g) △H= +d kJmol1，

根据盖斯定律,②×3+③①④可知：CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g),则△H1=(a+3b+cd) kJmol1，

(2)①由图示可知在恒压条件下,随着温度的升高CO的转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动,即正反应为放热反应，△H2<0；

②a. 反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正方向为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，a项错误；

b. 达平衡后再充入稀有气体，压强增大，但平衡不移动，CO的转化率不变，b项错误；

c. 反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在进行的过程中，达到平衡前气体总物质的量在不断变化，当容器内气体压强不再变化时，说明混合气体的总物质的量不再改变，反应达到平衡，即反应达到最大限度，c项正确；

d. 由图示可知,在恒温恒容的条件下,增大压强,平衡向正方向移动,CO的转化率增大,即图中压强p1<p2，d项正确；

故答案为：cd；

③由图表可知，3min后反应达到平衡状态

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始浓度(mol/L) 0.4 0.8 0

变化浓度(mol/L) 0.2 0.4 0.2

平衡浓度(mol/L) 0.2 0.4 0.2

03min内用CH3OH表示的反应速率v(CH3OH)= =（或0.067） molL1min1，

④由③计算的平衡状态可知，200℃时平衡常数K==6.25；向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2mol CO、2mol H2、2mol CH3OH,此时各物质的浓度为c(CO)=0.4mol/L，c(H2)=0.6mol/L，c(CH3OH)=0.4mol/L，保持温度不变，则化学平衡不变,此时Qc=＜K，则此时平衡向正向移动。